چکیده:

از آنجا که روز به روز میزان مصرف منابع تجدید ناپذیر رو به افزایش است و سوختن نفت و گاز باعث تولید مقدار زیادي کربن دي اکسید می شود که ورود این گاز گلخانه اي به جو، گرم شدن زمین و تبعات جبران ناپذیر آن را به دنبال دارد، لذا می بایست با شناخت روش هاي گوناگون از میان برداشتن این گاز و همچنین استفاده از تجربیات موجود در این زمینه با این پدیده برخورد کرد. در ضمن با از بین بردن این گاز می توان مقدمات ازدیاد برداشت از مخازن هیدروکربنی را فراهم نمود. در این مقاله روش هاي مختلف تسخیر و ذخیره سازي کربن دي اکسید مورد مطالعه قرار گرفته است که به نظر می رسد از میان روش هاي گوناگون، ذخیره سازي در سفره هاي آب زیرزمینی مناسب تر می باشد.

واژگان کلیدي: تسخیر کربن – ذخیره سازي کربن دي اکسید – ازدیاد برداشت

-۱ شیراز– میدان امام حسین – شرکت ملی نفت ایران (زاگرس جنوبی) – مهندسی بهره برداري
ehsan.ghanaatpisheh@gmail.com

-۲ فارس–جهرم–خ هجرت جنوبی behmaneshhamid@gmail.com

-۳ شیراز – میدان امام حسین – شرکت ملی نفت مناطق مرکزي (زاگرس جنوبی) – مهندسی مخازن hosein_vahdani@yahoo.com

-۱ مقدمه

نفت، گاز و زغال تقریبا ۸۵ درصد منابع انرژي اولیه بشر را تامین می کنند.[۱] مطالعات نشان می دهند که در ۲۰ سال آینده، با وجود فعالیت هاي زیادي که در جهت توسعه منابع دیگر انرژي صورت می گیرد، سهم سوختهاي فسیلی در تولید انرژي اولیه ثابت خواهد ماند.[۱] مشکلات تکنولوژي و صنعتی مانع از تولید انرژي از منابع دیگر در مقایسه با مصرف نفت و گاز در آینده می شود. علت اصلی اتکا به سوخت هاي فسیلی، افزایش تقاضاي انرژي در کشورهاي در حال توسعه، که افزایش استاندارد زندگی وابسته به مصرف انرژي است، می باشد.
سوختن سوخت هاي فسیلی مقادیر زیادي کربن دي اکسید تولید می کند. مقدار آزاد شدن CO2 در جو زمین سالانه حدود ۲۸ گیگاتن است . در قرن هاي اخیر میانگین غلظت CO2 در جو ۲۸۰ppm بوده که بعد از انقلاب صنعتی این غلظت به مقدار فعلی ۳۹۰ ppm رسیده است.[۲] در حال حاضر میزان رشد غلظت کربن دي اکسید در جو سالانه بین ۱ تا ۲ ppm می باشد.[۲] در ۴۰۰ هزار سال گذشته چهار چرخه تغییر ناگهانی آب و هوا وجود داشته است که مطالعات گوناگون نشان می دهند این تغییرات ناگهانی بیشتر به خاطر غلظت CO2 بوده و کمتر به گازهاي گلخانه اي دیگر بستگی داشته است.[۳] در مقاله اي که در سال ۱۸۹۵ توسط سوانت آرنیوس، شیمیدان سوئدي منتشر شد وي پیش بینی کرد که افزایش غلظت CO2 در جو، اثر گلخانه اي و در نتیجه گرم شدن زمین را به دنبال دارد.[۴] در زغال نسبت کربن به هیدروژن (C/H) زیاد است در حالیکه گاز طبیعی در میان تمام سوخت هاي فسیلی پایین ترین نسبت کربن به هیدروژن را دارد. محاسبات آرنیوس نشان داد که با افزایش دو برابري غلظت CO2، از ۲۸۰ به ۵۶۰ ppm، متوسط دماي سطح زمین ۵ تا ۶ درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت و بطور شگفت آوري این محاسبات با گرم شدن کنونی مطابقت کامل دارد. بر اساس بررسی هاي اخیر، افزایش میزان CO2 پایداري صفحات یخ هاي قطبی را در خطر می اندازد[۵]. نشانه هاي متعددي وجود دارد که نشان می دهند این افزایش غلظت در جو باعث افزایش دماي زمین می شود.[۳] پیامد دیگر افزایش غلظت CO2، افزایش انحلال آن در آب اقیانوس ها و اسیدي شدن آنها و تاثیر بر حیات زیر آب است. تغییرات آب و هوایی می تواند باعث تاثیرات فیزیکی، شیمیایی، زیستی، اقتصادي و سیاسی گردد. مهندسان شیمی می توانند نقش مهمی در یافتن راه حل جنبه هاي مختلف این تاثیرات بازي کنند.
شاید تاثیرگذارترین راه حل این نگرانی از گرم شدن زمین کاهش میزان CO2 آزاد شده از احتراق سوخت هاي فسیلی باشد. تنها سوختن زغال می تواند ۲۰۰۰۰ تن کربن دي اکسید در روز تولید کند. گزینه هاي دیگر، ذخیره سازي CO2 در اقیانوس ها به صورت قطرات کوچک یا ایجاد دریاچه هاي بزرگ کربن دي اکسید می باشد.[۶] هنوز راهکارهایی مانند کنترل افزایش CO2 با کاشتن درخت یا به وسیله میکرو ارگانیسم هاي خاك تاثیرات مطلوبی به عنوان مکمل هاي اضافی دارند.
در این چشم انداز ما بر ذخیره سازي تمرکز می کنیم و درباره ذخیره به صورت زیرزمینی در سازندهاي مختلف زمین شناسی بحث خواهیم کرد. براي این کار مقرون به صرفه ترین عنصر کربن دي اکسید می باشد که نخست به صورت خلاصه بررسی می کنیم.

-۲ تسخیر کربن (Carbon Capture)

زدودن کربن دي اکسید از گازها در مقیاس بزرگ، چندین دهه هست که استفاده می شود. برخی گازهاي طبیعی که از زیر زمین بدست می آیند مقادیر زیادي CO2 به همراه دارند. معمولا CO2 زدوده شده در جو آزاد می شود. در سالهاي اخیر برخی پروژه ها شامل زدودن CO2 از گازهاي طبیعی و ذخیره سازي آن زیر زمین، چه در سفره هاي آب شور زیرزمینی[۷] و چه در مجاورت مخازن گازي خالی شده[۸]، بوده است. جهت تسخیر کربن دي اکسید از نیروگاه هاي بزرگ تکنولوژي هاي اقتصادي جداسازي CO2 نیاز است که حداقل %۷۰ هزینه هاي تسخیر و ذخیره سازي را شامل شود.[۹] در اینجا چهار روش تسخیر بررسی خواهد شد:

-۲-۱ تسخیر postcombustion
تکنیک استاندارد براي تسخیر postcombustion استفاده از یک حلال جهت جذب CO2 از دود است. آمین ها، مانند مونواتانول آمین، مدتهاست که به عنوان حلال استفاده می شوند.[۱۰] به علت انحلال پذیري زیاد CO2 و سرعت بالاي انتقال جرم استفاده از ترکیب آمینوالکل ها با آمین ها ارائه می شود.[۱۱] تکنیک استفاده از غشا، در زدودن کربن دي اکسید از گازهاي طبیعی که CO2 زیادي دارند و همچنین تسخیر از نیروگاه ها کاربرد دارد. عملکرد غشا با به کار بردن عامل شیمیایی که با CO2 واکنش می دهد تسهیل می شود.[۱۲] یکی از مزایاي این نوع تسخیر ضرورت عناصر تکنولوژیکی است که به آسانی به تاسیسات موجود اضافه می شود.

-۲-۲ تسخیر precombustion
غلظت کم CO2 در دود، بازده روش قبل را محدود می کند اما این عیب در تسخیر precombustion، مرتفع شده است. [۶]در این روش سوخت به یک گاز تمیز سنتزي (syngas) در یک کاربراتور که میتواند در فشار ۶۵ بار یا بیشتر کار کند تبدیل شده و سپس کربن دي اکسید با غلظت بالا از گاز سنتزي قبل از رسیدنش به محفظه احتراق زدوده می شود. بنابراین گاز سنتزي داراي مقادیر زیادي هیدروژن خواهد بود. راندمان کلی با استفاده از گاز هیدروژن براي راه اندازي سلول هاي سوختی یا به عنوان سوخت در توربین هاي تولید برق، بالا خواهد رفت.